比例流量制御バルブは、油圧システムの「スマート調光スイッチ」と考えてください。調光スイッチで照明の明るさを制御できるのと同じように、これらのバルブを使用すると、作動油がシステム内を流れる速度を正確に制御できます。 【まずは理解すること比例弁とは何ですか。]
これが重要な理由:
従来の油圧バルブは、通常の照明スイッチと同様に、全開または全閉のいずれかです。比例バルブにより、調光スイッチのように、スムーズで正確な制御が可能になります。このスムーズな制御は次のことを意味します。
- 機械への衝撃と振動の軽減
- 油圧シリンダーとモーターのより正確な動き
- エネルギー効率の向上
- 全体的にスムーズな動作
基本的な考え方
簡単に言うと次のような仕組みです。
電気入力
電気信号 (通常は 4 ～ 20 mA または 0 ～ 10 V) をバルブに送信します。
比例応答
その信号に比例してバルブが開きます
フロー制御
信号が多い = 流量が多く、信号が少ない = 流量が少ない
スムーズな操作
変化は突然ではなく徐々に起こる
この比例関係により、これらのバルブは現代の油圧システムにおいて非常に価値のあるものになっています。
なぜ重要なのか: シンプルなコントロールからスマートなコントロールへの進化
古い方法: バンバン コントロール
以前は、ほとんどの油圧システムは単純なオン/オフ バルブ (「バンバン」制御と呼ばれる) を使用していました。これらのバルブには 2 つの設定がありました。
- 全開:最大流量
- 完全に閉じた状態:流れがない
バンバン制御の問題:
- バルブを急速に開閉したときの突然の圧力スパイク
- 機器への振動と機械的ストレス
- 正確な速度や位置を達成するのが難しい
- 常時フルフロー動作によるエネルギーの無駄
新しい方法: 比例制御
比例バルブは以下を提供することですべてを変えました。
スムーズな加速
機械はぎくしゃくした発進と停止の動きではなく、静止状態から全速力までスムーズに動きます。
正確な速度制御
マシンサイクルのさまざまな部分に正確な速度を設定できます。
エネルギー効率
システムは、必要なときに、必要なフローのみを使用します。
製品の品質の向上
動きがスムーズになると、製造プロセスでの結果が向上します。
メンテナンスの軽減
衝撃や振動が少ないということは、機器の寿命が長いことを意味します。
現実世界への影響
プラスチック部品を製造する射出成形機を考えてみましょう。
- 古いシステム:射出ラムが全速力で動いたか、完全に停止したため、欠陥が発生し、材料が無駄になりました
- 新しいシステム:ラム速度は射出サイクル全体にわたってスムーズに変化し、一貫した高品質の部品を生産します。
シンプルな制御からスマートな制御への進化により、比例バルブは現代の製造において不可欠なものになりました。
仕組み: テクノロジーの内部
比例流量制御バルブの仕組みを理解すると、比例流量制御バルブをより適切に選択して使用することができます。主要なコンポーネントを分解してみましょう。
[完全に学習する]比例弁の動作原理]
1. 比例ソレノイド: 頭脳
比例ソレノイドはバルブの頭脳のようなものです。オンまたはオフの通常のソレノイドとは異なり、比例ソレノイドは受信した電気信号に基づいてさまざまな量の力を生成できます。
仕組み:
- 電気信号（電流または電圧）を受信します
- その信号に比例した磁力を発生させます
- より多くの信号 = より多くの磁力
- この力によりバルブの内部部品が動きます。
主な特徴:
- DC電源を使用してスムーズな動作を実現
- 200 Hz 付近の PWM (パルス幅変調) 信号を使用することが多い
- 摩擦を軽減する小さな振動「ディザー」が含まれる場合があります。
2. スプールとバルブボディ: フローコントローラー
バルブ本体の内部には、スプールと呼ばれる精密機械加工されたシリンダーが組み込まれています。このスプールは前後にスライドして流れを制御します。
スプール設計の特徴
- 計測ノッチ:スプールに切り込まれた特別な形状 (V、U、または長方形) により、スプール位置に応じて流れがどのように変化するかを制御します
- オーバーラップ特性:スプールのエッジとポートの位置がバルブの応答にどのように影響するか
流量特性
- 直線的な流れ:スプールの動きに比例して流量が増加します
- プログレッシブフロー:開口部が大きくなると流量がさらに増加し、低流量でもより細かく制御できるようになります。
3. 圧力補償: 一貫した流量の維持
高品質比例バルブの最も重要な機能の 1 つは圧力補償です。このシステムにより、負荷圧力が変化しても流量が一定に保たれます。
補償のない問題:重い荷物を持ち上げている場合、バルブ開度が同じであっても背圧が増加し、流量が減少します。
解決策:圧力補償器は、メインスプール全体の圧力降下を自動的に調整して一定に保ちます。
利点：
- 流量は負荷ではなくバルブ信号のみに依存します
- 予測可能なシステム動作
- より簡単なプログラミングと制御
4. フィードバック システム: 精度の確保
ハイエンドの比例バルブには、実際のスプール位置を監視し、それを望ましい位置と比較するフィードバック システムが含まれています。
| バルブの種類 | フィードバック | 正確さ | 料金 | アプリケーション |
|---|---|---|---|---|
| オープンループバルブ | フィードバックはありません | 適度 | より低い | 基本的なアプリケーション |
| クローズドループバルブ | LVDTセンサー | 高い | より高い | 精密用途 |
比例流量制御弁の種類
比例バルブにはいくつかの構成があります。これらのタイプを理解すると、アプリケーションに適切なタイプを選択するのに役立ちます。
駆動機構別
直動弁
ソレノイドがスプールを直接動かす
- 高速応答 (5 ～ 10 ミリ秒)
- コンパクトなサイズ
- シンプルなデザイン
制限事項:より少ない流量 (<50 L/min) と圧力 (<210 bar) に制限されます。
以下に最適:小型システム、医療機器、大型バルブ用パイロットステージ
パイロット操作弁（二段式）
小さなパイロットバルブがオイルの流れを制御してメインスプールを動かします
- 高流量 (最大 1600 L/min) に対応可能
- 高圧 (最大 350 bar)
制限事項:応答が遅い (~100 ミリ秒)
以下に最適:重機、大規模産業システム、高出力アプリケーション
機能別
流量制御バルブ
- 主な仕事は流量の制御です
- 通常は 2 ウェイまたは 3 ウェイ構成
- 多くの場合、圧力補償が含まれます
- アクチュエータ速度の制御
方向制御弁
- 流れと方向の両方を制御
- 通常は 4 方、3 ポジションバルブ
- 複数の単純なバルブを交換する
- シリンダーまたはモーターの方向と速度を制御します
圧力制御弁
- 流量ではなくシステム圧力を制御する
- リリーフ弁、減圧弁を含む
- 安全な動作圧力を維持する
比例バルブタイプと他のバルブタイプの比較
比例バルブと他のテクノロジーとの比較を理解することは、より適切な決定を下すのに役立ちます。
比例バルブとオン/オフバルブ
| 特徴 | オン/オフバルブ | 比例弁 |
|---|---|---|
| 制御タイプ | バイナリ (オープン/クローズ) | 連続(可変) |
| フロー制御 | 完全な流れまたは流れなし | 0 ～ 100% の任意の流量 |
| システムショック | 高（急激な変化） | 低 (スムーズな移行) |
| エネルギーの使用 | 無駄なことが多い | 効率的（需要に合わせて） |
| 複雑 | 簡単な回路 | より複雑な電子機器 |
| 料金 | 初期費用が安い | 初期費用が高い |
比例弁とサーボ弁
| 特徴 | 比例弁 | サーボバルブ |
|---|---|---|
| 正確さ | 良好 (±2-5%) | 優れた (±0.5%) |
| 応答速度 | 中程度 (2-50 Hz) | 非常に高速 (>100 Hz) |
| 料金 | 適度 | 高 (10 ～ 20 倍) |
| 汚染耐性 | 高い | 低い (非常にきれいなオイルが必要) |
| 複雑 | 適度 | 高い |
| メンテナンス | 標準 | 専門化された |
各タイプをいつ選択するか
次の場合にオン/オフ バルブを選択します。
- 簡単な開閉制御だけが必要です
- コストが最大の関心事です
- アプリケーションは衝撃や振動に耐えることができます
- 精密な制御は必要ありません
次の場合に比例弁を選択してください。
- 可変速度または位置制御が必要です
- スムーズな操作が重要
- エネルギー効率が重要
- 適度な精度で十分です
- 典型的な産業環境での作業
油圧の詳細については、を参照してください。油圧比例弁ガイド
次の場合にサーボ バルブを選択してください。
- 超高精度が要求される
- 非常に迅速な対応が必要です
- パフォーマンスよりコストは二の次
- 非常にきれいな作動油を維持できます
- アプリケーションがそれを要求する (航空宇宙、試験)
知っておくべき主要なパフォーマンス指標
比例バルブを選択する場合、アプリケーションでそれがどの程度うまく機能するかは、いくつかの性能指標によって決まります。
流量と圧力の定格
最大流量
- 通常は標準圧力降下 (5 bar または 70 psi など) で指定されます。
- 一般的な範囲: 7 ～ 1000 L/分 (2 ～ 260 GPM)
- アクチュエータの速度要件に基づいて選択してください
最大圧力
- 安全な動作圧力制限
- 一般的な範囲: 280 ～ 400 bar (4000 ～ 5800 psi)
- システムの最大圧力を超える必要があります
圧力損失
- 定格流量でのバルブ全体の圧力損失
- 低いほど効率が良い
- 通常: 定格流量で 5 ～ 35 bar (70 ～ 500 psi)
精度と再現性
ヒステリシス
異なる方向から同じ点に近づいた場合の出力差
- 通常: フルスケールの 2 ～ 5%
- 精度の高いアプリケーションには低いほど適しています
直線性
バルブの流れが入力信号にどの程度追従するか
- 標準: フルスケールの ±2%
- リニアバルブは制御が容易です
再現性
同じ入力信号に戻るときの一貫性
- 標準: フルスケールの ±1 ～ 3%
- 一貫した生産のために重要
デッドバンド
出力を行わない入力信号の範囲
- 標準: 全信号範囲の 2 ～ 5%
- スプールの重なりが原因で、シールに必要
性能比較表
| バルブの種類 | 流量範囲 | プレッシャー | 応答時間 | ヒステリシス | 汚染耐性 | 相対コスト |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 基本比例 | 7～100L/分 | 最大280バール | 20～100ミリ秒 | 3～5% | 高い | 2～4倍 |
| 閉ループ比例 | 7～1000L/分 | 最大350バール | 10～50ミリ秒 | 1～2% | 高い | 4～8倍 |
| サーボ比例 | 10～500L/分 | 最大350バール | 5～20ミリ秒 | <1% | 適度 | 8～15倍 |
